3D工程图学
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spContent=“一图胜千言”,图与文字、语言一样,是人类认识规律、表达信息、探索未知的重要工具。3D工程图学融合传统工程图学与现代三维设计教学内容,体现了时代特征,具有可持续性,由华中科技大学工程图学教学团队讲授。工程图学是普通高等学校本科工科专业重要的工程基础课程,学习和工作中利用率非常高。
—— 课程团队
课程概述

    3D工程图学的基本思想是搭建一种不分专业以培养“图学素质”为目标的公共平台,其教学内容由图学最新研究内容、图形最新表达技术与工程制图的经典内容相结合组成,主要内容包括:产品设计过程与方法、几何实体的结构分析及构成、几何实体建模的基础知识、二维图形基础、几何实体的常用表达方法等。图学素质是指形象思维、图形表达和工程素质。

    3D工程图学无需特定先修课程,适合工科各专业学生或对工程类专业感兴趣的高中生或其他社会人士,适合机械、土木、建筑、水利、园林、电气、电子等领域的技术、制造与管理工作者。

    3D工程图学授课共10周,每周约4学时,课程安排包含理论讲述视频、计算机三维软件Inventor绘图技巧示范视频、文档、在线讨论、作业互评等环节。

    本课程组将根据专业的需要,开设机械、土木等专业制图作为3D工程图学的提高部分。请感兴趣的人士继续关注。

授课目标
本课程的授课目标是培养学习者用图形表达自己意图的能力。具体是培养学习者绘制和阅读工程图样的基本技能,增强和提高学习者的空间想象能力和空间逻辑思维能力,培养学习者(机械、土木、建筑、水利、园林、电气、电子等领域的技术、制造与管理工作者)所应具有的最基本的技术技能和素质。
课程大纲


3D工程制图》课程教学大纲

 

一、课程名称(中英文)

3D工程制图

3D Engineering Graphics

二、课程代码及性质

3D工程制图  0827422   学科(大类)基础课/必修/

三、学时与学分

总学时:40学时;附加12学时计算机绘图;

学分:2.5;

四、先修课程

立体几何、计算机概论与操作。

五、授课对象

本课程适用于工科各专业学生或对工程类专业感兴趣的高中生或其他社会人士。

六、课程教学目的(对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用)

工程制图是研究工程与产品信息表达、交流与传递的学问,是工程与产品信息的载体,是工程界表达、交流的语言,是工科各专业培养方案中的技术基础课。本课程在教学内容方面应着重传授三维立体构成分析与造型方法、三维模型转化为二维工程图的投影理论、国家标准、基于模型的工程定义简介(MBD)等基本知识、基本理论和基本方法,在培养实践能力方面应着重徒手绘图、尺规绘图和计算机绘图技能的基本训练。

本教学大纲按照教育部工程图学教学指导委员会2015年拟定的《普通高等院校工程图学课程教学基本要求》制定。

本课程的主要任务是通过课程教学与上机实践环节、课后练习完成的。培养学生:设计简单物体的能力——形体的初步构型设计方法与设计能力;图学基础知识及应用能力——简单物体的工程图样的表达与识读能力;在实践中初步掌握并使用各种技术、技能和现代化设计工具的能力(包括徒手绘图、尺规绘图和计算机绘图技能)。教学目标具体是:

1.利用学生已有的知识结构,培养学生将工程技术问题抽象为几何问题的能力和对空间几何问题进行图示和图解的能力;帮助其理解造型理论和投影规律等抽象内容,使复杂问题简单化;

2.以基于草图构形设计和特征造型的三维设计概念和方法为核心,用现代造型理论及方法解释和理解传统投影理论;即掌握用正投影法的基本原理来绘制和阅读简单工程与产品信息的基本能力;突出图学基础知识及应用能力的培养——使学生不但能根据二维图形快速想象物体的形状,而且知道物体成型的方法和过程,促进学生同时使用三维和二维表达物体的能力培养;

3. 初步掌握并使用徒手绘图、尺规绘图和计算机绘图的三大技能;

4.了解国家当前的有关技术经济政策,树立正确的设计思想;

5. 具有获取与运用《技术制图》、《机械制图》相关标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力;突出严谨细致的工作作风和认真负责的工作态度的培养,具有基本的工程职业道德和规范;

6.了解工程图学发展的新趋势。

课程目标对从业能力的支撑关系

从业能力

课程目标对从业能力的支撑关系

从业能力1:工程知识

能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决简单工程问题。

1.1具有解决工程问题所需的数学与自然科学知识及其应用能力。

 

1.2具有解决生活和生产中实际问题所需的工程基础知识及其应用能力。

 

1.3能够运用数学、自然科学、工程基础和专业知识解决简单工程问题。

课程目标 12

从业能力2:问题分析

能够应用数学、自然科学基本原理,并通过文献研究,识别、表达、分析工程问题,以获得有效结论。

2.1能够将数学、自然科学基本原理运用于工程问题的表述。

课程目标 1,2,3

2.2能够针对工程系统或过程选择正确、可用的数学模型。

 

2.3能够对于模型的正确性进行论证并求解。

课程目标 1,2,3

2.4能够从数学与自然科学的角度对解决方案进行分析,并试图改进。

课程目标 1,2,3

从业能力3:设计/开发解决方案

能够设计针对简单工程问题的解决方案,设计满足特定需求的简单产品,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。

3.1能够对简单工程问题进行分析和提炼,设计解决方案。

课程目标3,4,5,6

3.2能够对解决方案的可行性进行初步分析与论证。

 

3.3能够设计满足特定需求的简单产品,并能够体现创新意识。

课程目标3,4,5,6

3.4设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素,并得出可接受的指标。

课程目标3,4,5,6

从业能力4:研究

能够基于科学原理并采用科学方法对工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.1能够对工程相关的各类物理现象、材料特性进行研究和实验验证。

 

4.2能够基于科学原理并采用科学方法对工程结构、装置、系统制定实验方案。

 

4.3能够根据实验方案构建实验系统,进行实验。

 

4.4能够对实验结果进行分析和解释,并通过信息综合得到合理有效的结论。

 

从业能力5:使用现代工具

能够在工程实践中开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,并了解其局限性。

5.1了解工程学科发展现状,能够在工程实践中初步掌握并使用现代工程技术、方法和工具。

课程目标 1,2,34,5,6

5.2能够初步运用现代信息技术工具对工程问题进行预测与模拟,并了解其局限性。

课程目标 1,2,34,5,6

5.3掌握重要文献资料的来源和获取方法。

课程目标 5

从业能力6:工程与社会

能够基于工程相关背景知识进行合理分析,评价工程实践和工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响,并理解应承担的责任。

6.1了解与工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规。

课程目标5

6.2能正确认识产品对于客观世界和社会的影响。

 

6.3能正确认识工程领域新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响。

课程目标 1,2,34,5,6

从业能力7:环境和可持续发展

能够理解和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

7.1了解国家的环境可持续发展战略及相关的政策和法津、法规。

 

7.2能正确认识工程实践对于环境和社会可持续发展的影响。

 

从业能力8:职业规范

具有人文社会科学素养、社会责任感和工程职业道德。

8.1理解世界观、人生观的基本意义及其影响。

 

8.2具有健康的体质和良好的心理素质,理解个人在历史以及社会、自然环境中的地位。

 

8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范,履行责任。

课课程目标 1,2,34,5,6

从业能力9 :个人和团队

具有在多学科团队中发挥作用的能力。

9.1能够正确认识多学科团队对复杂工程问题的工程实践的意义和作用。

 

9.2能够理解一个多学科团队中每个角色对于整个团队目标的意义,能够在多学科团队中发挥作用。

 

9.3能与团队其他成员有效沟通,并作出合理反应。

 

从业能力10:沟通

能够就工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野,能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

10.1能够就工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。

 

10.2至少掌握一种外语应用能力,能够阅读本专业外文文献资料,能够使用技术语言,在跨文化环境下进行沟通与表达。

 

从业能力11:项目管理

理解并掌握工程管理原理与经济决策方法,并能在多学科环境中应用。

11.1理解工程活动中涉及的重要经济与管理因素。

 

11.2具有在多学科环境中应用工程管理和经济决策知识的能力。

 

从业能力12:终身学习

具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。

12.1对自主学习和终身学习的必要性有正确的认识。

 

12.2有不断学习和适应发展的能力。

课课程目标 1,2,34,5,6

七、教学重点与难点:

1、本课程的重点内容是:

平面图形分析;几何约束与尺寸约束;三维造型与形体分析;视图识读与三维造型;常用表达方法及其应用

2  本课程的难点如下:

难点1:视图识读与三维造型

解决办法:

1)利用学生已储备的立体几何知识,用直角坐标系引出三投影面体系和投影规律,不仅可以帮助学生理解抽象内容,使复杂问题简单化;而且可以帮助学生克服畏难情绪,引导学生构建新的知识体系;

2)与平面图形分析结合起来讲述二维草图,讲清几何约束与尺寸约束的概念;注意:全约束、欠约束、过约束对三维造型的影响;

3)物体视图中将二维草图和特征视图融为一体,把对组合体视图进行识读的过程转化为对组合体进行三维造型的过程。

2:各种表达方法的综合应用

解决办法:

1)课堂实例分析、对比、讨论;

2)认识实践实验室及测绘实验室模型与挂图对照;

3)学生用三维软件系统创建各种视图及剖视,并分析、讨论、综合,整理出表达方案。

八、教学方法与手段:

1、采用演示高中阶段已经了解的电子元件的工作原理和三维布线功能,提高学生的学习积极性;

2、将传统教学方法与信息技术相结合,形成实物、图片、文字、声音、动画相结合的教学方法,使课堂教学既形象直观,又具有互动性,确保教学质量优良;

3、注重本课程的特点,强调形象思维训练法的运用和培养,如形体分析法、线面分析法和立体的集合运算相结合,培养学生的形体想象能力;

4、采用启发引导式教学,课堂上注重师生互动,引导学生思考;课后布置习题和思考题,引导学生自学相关知识。

九、教学内容与学时安排

课程名称

3D工程图学

课程总学时

40

视频数量

约63个

视频拍摄总时长

500

周次

教学内容

视频名称

课堂讨论

测验与作业

第1周

1课程简介与制图的基本知识

1.1课程简介

1.1课程简介

自行设计一个有圆弧连接内容的平面图形,徒手绘图并注出尺寸

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P4,P5,P6,P7。

 

1.2制图国家标准简介

1.图纸幅面及标题栏

2.比例、字体、图线

3.尺寸标注的基本规定

4. 尺寸标注实例

1.3几何作图

1.几何作图

2.平面图形的分析与作图步骤

1.4几何立体分类及构成方式

1.几何立体分类及构成方式

第2周

2

立体的三维与二维的表达方法

 

2.1投影法分类

1.投影法分类及平行投影的性质

自行设计一个平面立体,画出其轴测图(在坐标面内含圆孔)

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P9,P10,P11。

 

2.2

轴测图概述

1.轴测图相关概念分类和轴测投影性质

2.3正等测轴测图

 

1.正等轴测图的基本画法

2.圆的正等轴测画法

2.4

轴测图的尺寸

1.轴测图的尺寸

第3周

3几何元素的投影

3.1点的投影

 

1.点的三面投影

自行设计一个简单立体,徒手绘制立体轴测图;注意立体表面上的点、线、面的关系。

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P19,P20,P21,P22,P23。

 

2.点的相对位置

3.2

直线的投影

1.各种位置直线的投影

2.直线上点的投影

3.直线的相对位置

3.3平面的投影

 

1.各种位置平面的投影

2.平面上的点、线

第4周

4平面立体及其截交线

4.1

平面立体

 

1.棱柱及其表面上的点、线

棱锥的构型方法有哪些?

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P24,P25,P29。

 

2.棱锥及其表面上的点、线

3. 正五棱锥的造型

4.2带切口的平面立体

1.带切口的棱柱

2.带切口的棱锥

3. 带切口棱柱的造型

4.求交运算造型

4.3

平面立体的尺寸

平面立体的尺寸

第5周

5回转体及其截交线

5.1圆柱

1.圆柱体的投影及表面取点

1.自行设计切割体;

2. 切割体的三维构型方法。

 

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P33,P34。

 

2.圆柱的表面的交线

3.圆柱体的切口

5.2圆锥

1. 圆锥面的投影及其表面取点

2.圆锥面上的截交线

3.圆锥体的切口

5.3圆球

1. 圆球的投影及其表面取点

2. 圆球的切口

第6周

6组合体1

6.1

组合体的形体分析及其画法

1组合体的分析方法

自行设计一个立体,说说Inventor三维造型的流程。

 

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P28,P37,P38。

 

2组合体的表面连接关系

6.2组合体三视图的画法

1.叠加式组合体三视图的画法

2.切割式组合体三视图的画法

6.3组合体的尺寸标注

组合体的尺寸标注

第7周

7组合体2

7.1组合体的建模

1.叠加式组合体建模

说说视图识读与三维造型的关系

 

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P39;看懂P45,P46所示的物体,创建其三维模型,提交截图。

 

2.切割式组合体建模

3.混合式组合体建模

7.2

组合体相贯

1.相贯线概念、性质及其影响因素

2.相贯线简化画法及特殊画法

3.组合相贯线及模糊画法

7.3组合体的读图

1.组合体的读图的基本知识

2.组合体的读图举例

第8周

8

图样画法1

8.1视图

1. 国家标准规定表达外形结构的视图有哪几种?彼此之间的异同点?各自在什么情况下使用?

2. 什么情况下画物体的全剖视图、半剖视图、局部剖视图?作图时要注意些什么?

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P47,P49,P51,P53;

8.2剖视图概述

8.3剖视图分类

8.4由三维模型创建视图

8.5由三维模型创建剖视图

第9周

9图样画法2

9.1剖切面的种类及其应用

1. 剖切面的种类及其应用1

什么情况下将剖切范围与剖切面种类结合起来考虑表达方法?

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:完成《3D工程制图•实践篇》P55;   P56,P57,P59。

 

2. 剖切面的种类及其应用2

9.2断面图

1.断面图

9.3规定画法与简化画法

1.局部放大图

2.规定画法与简化画法

9.4由三维模型创建断面图

第10周

10表达方法综合应用

10.1尺寸标注

怎样才能使组合体尺寸标注完整?要使尺寸标注清晰,应注意哪些问题? 尺寸标注中“正确、完整、清晰”的要求分别指什么?

 

1、客观题:完成单元测验题;

2主观题:看懂P52,P54所示的物体,创建其三维模型,并由三维模型转成适当的表达方法表达物体,提交截图(含视图、轴测图、尺寸标注)。

 

10.2表达方法应用

10.3看剖视图,重构立体模型

10.4基于模型的工程定义简介(MBD)

10.5复习

 

十、教学参考书及文献

教学参考书:

1、阮春红等主编《3D工程制图·理论篇》(第四版),武汉:华中科技大学出版,2017

2、阮春红等主编《3D工程制图·实践篇》(第四版),武汉:华中科技大学出版,2017

课外文献阅读:

1、《技术制图》、《机械制图》等相关国家标准。

十一、课程成绩评定与记载

本课程是一门实践型很强的课程,因此每单元安排有客观题的单元测验,主要考核学生对每次课知识点的理解和掌握程度;每单元安排有主观题的单元作业,主要考核几何元素的投影、基本体及其截交线、组合体及其表达方法等内容,教学过程中要加强监控仪器绘图和计算机绘图过程。

    本课程采用百分制计分,包括单元测验、单元作业和期末考试。其中:

    单元测验为客观题,每次10分,由系统自动评阅计分,占总成绩20%;

    单元作业为主观题,每次100分,占总成绩30%;须完成作业提交和5份互评作业,请大家下载打印后完成并以“.jpg”格式上传未参与互评的学生将给与所得分数的80%;未完成互评的 学生将给与所得分数的90%;全部完成互评的学生将给与所得分数的100%。

    期末考试分为客观题和主观题,各占一半,总分100,占总成绩50%;由团队教师评分

    总成绩:60≤ 得分<85分的学员颁发合格证书,80≤ 得分的学员颁发优秀学员证书。

对于慕课成绩作为学分课成绩的院校建议线下考试,具体请咨询各校主管部门。

 

大纲制定:3D工程制图课程组


预备知识

立体几何、计算机概论与操作


证书要求

   完成课程学习并考核合格(>60分)可获得合格证书;成绩优秀(>80分)可获得优秀证书。

参考资料

教学参考书:

1、阮春红等主编《3D工程制图·理论篇》(第四版),武汉:华中科技大学出版,2017

2、阮春红等主编《3D工程制图·实践篇》(第四版),武汉:华中科技大学出版,2017

课外文献阅读:

1《技术制图》、《机械制图》等相关国家标准。